复杂原子静态偶极极化率的理论研究

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极化率描述的是当原子处在外电场中时,电子云偏离正常分布程度的物理量。极化率在原子宇称不守恒、原子光钟、量子计算、长程相互作用和玻色-爱因斯坦凝聚等研究领域都有着极其重要的应用价值。人们利用多体微扰理论、组态相互作用、相对论耦合簇理论等方法已经对单价电子和双价电子(第IA族和第IIA族)原子的极化率进行了深入的研究。但是对于多个价电子的复杂原子,在处理电子关联效应时非常困难,相关的研究比较少。因此,理论上发展一套计算复杂原子极化率的方法和程序是十分必要的。全相对论多组态Dirac-Hartree-Fock(MCDHF)方法在计算复杂原子或多个开壳层原子的结构参数方面有着很好的优势。基于该方法的GRASP程序包也是一套非常强大的软件,在计算精细结构常数、同位素位移和跃迁几率等结构参数方面有着非常广泛的应用。因此我们基于该方法,并结合GRASP2018程序包开发了一套计算复杂原子极化率的程序。利用新发展的方法和程序,我们首先计算了He原子的跃迁能、电偶极跃迁矩阵元和电偶极静态极化率。计算结果与其他理论方法计算的结果、实验结果符合得非常好,从而验证了我们程序的可行性。Be原子在精细结构常数、量子计算和同位素位移等方面具有非常重要的应用。该原子的2s2p 3P0→2s2 1S0禁戒跃迁在精密测量实验上也被广泛应用。因此,我们利用新开发的程序计算了Be原子的能量本征值、跃迁能、电偶极跃迁矩阵元、2s2p3P0和2s2 1S0态的静态电偶极极化率以及黑体辐射频移等物理参数。由于Be原子这两个禁戒迁态的极化率非常接近,因此Be原子的黑体辐射频移比其他碱土金属原子的黑体辐射频移小一到两个量级,这对Be原子精密测量的研究具有非常重要的意义。Xe原子是具有代表性的反磁性原子,CP破缺效应强。这使得Xe原子成为原子固有电偶极矩实验的候选元素。因此,我们计算了Xe原子的能级、跃迁能、电偶极跃迁矩阵元和电偶极极化率。我们发现对于Xe原子,组态相互作用和电子关联效应比较复杂。当内壳层打开时,极化率的变化较大,进一步说明复杂原子内壳层的跃迁对极化率的贡献较大,在计算过程中不可忽略。
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